(57)【要約】【課題】  厚膜工程による絶縁層を備えて駆動電極間の電気的絶縁を確保しながら、絶縁層の寄生キャパシター作用による信号歪曲を抑制して電気的動作特性を向上させることができる電子放出素子を提供する。【解決手段】  本発明による電子放出素子は所定の間隔をおいて対向配置される第１基板及び第２基板と、第１基板上に形成される電子放出部と、第１基板上に相互絶縁されて位置し、電子放出部の電子放出を制御する第１電極及び第２電極と、第１電極と第２電極との間に位置する絶縁層と、第２基板上に形成されるアノード電極と、アノード電極の一面に形成される蛍光層とを含む。この時、絶縁層は電気的物性の異なる少なくとも二つの層の積層構造からなる。【選択図】  図１
2006244983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔をおいて対向配置される第１基板及び第２基板と、
前記第１基板上に形成される電子放出部と、
前記第１基板上に相互絶縁されて位置し、前記電子放出部の電子放出を制御する第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に位置する絶縁層と、
前記第２基板上に形成されるアノード電極と、
前記アノード電極の一面に形成される蛍光層とを含み、
前記絶縁層は電気的物性が異なる少なくとも二つの層の積層構造になることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記絶縁層は比抵抗が異なる少なくとも二つの層を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記絶縁層が第１層と、前記第１層より低い比抵抗を有し、前記第１層の上面と下面のうちの少なくとも一面に形成される第２層を含むことを特徴とする請求項２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記第２層が１０５から１０１２［Ωcm］の比抵抗を有することを特徴とする請求項３に記載の電子放出素子。
【請求項５】
前記絶縁層が２［μm］以上の厚さを有することを特徴とする請求項３に記載の電子放出素子。
【請求項６】
前記第２層はその厚さが前記絶縁層厚さの１/２以下であることを特徴とする請求項５に記載の電子放出素子。
【請求項７】
前記第１電極と前記第２電極が前記絶縁層を間に置いて互いに異なる層に位置することを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項８】
前記電子放出部が前記第１電極と前記第２電極のうちのある一方の電極に電気的に連結されることを特徴とする請求項７に記載の電子放出素子。
【請求項９】
互いに対向配置される第１基板及び第２基板と、
前記第１基板上で互いに異なる層に位置する第１電極、第２電極、及び第３電極と、
前記第１電極に電気的に連結される電子放出部と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置される下部絶縁層と、
前記第１電極と前記第２電極のうちのいずれか一つの電極と前記第３電極との間に配置される上部絶縁層と、
前記第２基板上に形成される蛍光層と、
前記蛍光層の一面に形成される少なくとも一つのアノード電極とを含み、
前記下部絶縁層と前記上部絶縁層は各々電気的物性が異なる少なくとも二つの層の積層構造になることを特徴とする電子放出素子。
【請求項１０】
前記下部絶縁層と前記上部絶縁層は各々比抵抗が異なる少なくとも二つの層を含むことを特徴とする請求項９に記載の電子放出素子。
【請求項１１】
前記下部絶縁層と前記上部絶縁層が各々第１層と、前記第１層より低い比抵抗を有し、前記第１層の上面と下面のうちの少なくとも一面に形成される第２層を含むことを特徴とする請求項１０に記載の電子放出素子。
【請求項１２】
前記下部絶縁層の第２層と前記上部絶縁層の第２層が１０５から１０１２［Ωcm］の比抵抗を有することを特徴とする請求項１１に記載の電子放出素子。
【請求項１３】
前記下部絶縁層と前記上部絶縁層が各々２［μm］以上の厚さを有することを特徴とする請求項１１に記載の電子放出素子。
【請求項１４】
前記下部絶縁層の第２層はその厚さが前記下部絶縁層厚さの１/２以下であることを特徴とする請求項１３に記載の電子放出素子。
【請求項１５】
前記上部絶縁層の第２層はその厚さが前記上部絶縁層厚さの１/２以下であることを特徴とする請求項１３に記載の電子放出素子。
【請求項１６】
前記上部絶縁層の厚さが前記下部絶縁層より厚いことを特徴とする請求項１１に記載の電子放出素子。
【請求項１７】
前記上部絶縁層第２層の厚さが前記下部絶縁層第２層より厚いことを特徴とする請求項１１に記載の電子放出素子。
【請求項１８】
前記基板から前記第１電極、前記下部絶縁層、前記第２電極、前記上部絶縁層、及び前記第３電極が順次に位置することを特徴とする請求項９に記載の電子放出素子。
【請求項１９】
前記基板から前記第２電極、前記下部絶縁層、前記第１電極、前記上部絶縁層、及び前記第３電極が順次に位置することを特徴とする請求項９に記載の電子放出素子。
【請求項２０】
前記第１電極と実質的に同じ層に位置しながら、前記下部絶縁層に形成されたビアホールを通じて前記第２電極と接触する対向電極をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の電子放出素子。
【請求項２１】
前記第３電極が電子ビーム通過のための開口部を備え、電子ビーム集束のための（-）電圧の印加を受けることを特徴とする請求項９に記載の電子放出素子。
【請求項２２】
互いに対向配置される第１基板及び第２基板と、
前記第１基板上で下部絶縁層を間に置いて互いに異なる層に位置するカソード電極及びゲート電極と、
前記カソード電極に電気的に連結される電子放出部と、
前記第１基板上で上部絶縁層を間に置いて前記カソード電極とゲート電極のうちのいずれか一つの電極上部に位置する集束電極と、
前記第２基板上に形成される蛍光層と、
前記蛍光層の一面に形成される少なくとも一つのアノード電極とを含み、
前記下部絶縁層と前記上部絶縁層は各々比抵抗が異なる少なくとも二つの層の積層構造になることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２３】
前記下部絶縁層と前記上部絶縁層は各々第１層と、１０５から１０１２［Ωcm］の比抵抗を有し、前記第１層の上面と下面のうちの少なくとも一面に形成される第２層を含むことを特徴とする請求項２２に記載の電子放出素子。
【請求項２４】
前記下部絶縁層と前記上部絶縁層が各々２［μm］以上の厚さを有し、前記下部絶縁層の第２層と前記上部絶縁層の第２層が各々１［μm］以下の厚さを有することを特徴とする請求項２３に記載の電子放出素子。
【請求項２５】
前記上部絶縁層の第２層が前記集束電極と接触して位置することを特徴とする請求項２３に記載の電子放出素子。
【請求項２６】
前記電子放出部がカーボンナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイアモンド、ダイアモンド状カーボン、C６０及びシリコンナノワイヤーからなる群より選択される少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項２２に記載の電子放出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子放出素子に関し、より詳しくは基板上で駆動電極の間に配置されて駆動電極を相互絶縁させる絶縁層の構造を改善した電子放出素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に電子放出素子は電子源の種類によって熱陰極を利用する方式と、冷陰極を利用する方式に分類することができる。
【０００３】
ここで、冷陰極を利用する方式の電子放出素子としては電界放出アレイ（FEA）型、表面伝導エミッション（SCE）型、金属-絶縁層-金属（MIM）型、及び金属-絶縁層-半導体（MIS）型などが知られている。
【０００４】
前記MIM型とMIS型電子放出素子は各々金属/絶縁層/金属（MIM）と金属/絶縁層/半導体（MIS）構造からなる電子放出部を形成し、絶縁層を間に置いて位置する二つの金属または金属と半導体との間に電圧を印加する時に高い電子電位を有する金属または半導体から低い電子電位を有する金属側に電子が移動及び加速されながら放出される原理を利用する。
【０００５】
前記SCE型電子放出素子は一基板上に互いに対向配置された第１電極と第２電極との間に導電薄膜を提供し、この導電薄膜に微細亀裂を提供することによって電子放出部を形成しており、両電極に電圧を印加して導電薄膜の表面に電流が流れる時、電子放出部から電子が放出される原理を利用する。
【０００６】
そして、前記FEA型電子放出素子は仕事関数が低いか、縦横比が大きい物質を電子源として使用する場合、真空中で電界によって容易に電子が放出される原理を利用したもので、モリブデン（Mo）またはシリコン（Si）などを主材質とする先端がとがっているチップ構造物やカーボンナノチューブ、黒鉛、ダイアモンド状カーボンのようなカーボン系物質を電子源として適用した例が開発されている。
【０００７】
上述した電子放出素子は、その種類によって細部的な構造が異なるが、基本的には真空容器を構成する二つの基板のうちの第１基板上に電子放出部と共に電子放出部の電子放出を制御する駆動電極を備え、第２基板上に蛍光層と共に第１基板側で放出された電子が蛍光層に向かって効率的に加速されるようにするアノード電極を備えて所定の発光または表示作用を行う。
【０００８】
たとえば、前記FEA型電子放出素子は第１基板上に駆動電極としてカソード電極とゲート電極を備える。カソード電極は電子放出部と電気的に連結されて電子放出部に電流を供給し、ゲート電極はカソード電極との電圧差を利用して電子放出部周囲に電界を形成し電子放出を誘導する役割を果たす。このようなカソード電極とゲート電極は絶縁層を間に置いて相互絶縁されて位置する。
【０００９】
前記FEA型電子放出素子において、前記絶縁層は蒸着のような、いわゆる薄膜工程を利用してほぼ１［μm］以下の厚さに形成されたり、スクリーン印刷、ドクターブレード、及びラミネートのような、いわゆる厚膜工程を利用してほぼ１［μm］以上の厚さに形成される２つの場合がある。
【００１０】
前者の場合は微細画素製作が容易な長所があり、後者の場合は電子放出部に対してゲート電極を高く形成することができるために電子ビーム拡散するを減らせる長所がある。前記FEA型電子放出素子は、各場合の長所によって２つのタイプのうちのある一つのタイプの絶縁層を備えて電子放出のための構造物を形成している。
【００１１】
ところが、前記薄膜工程による絶縁層を備える場合には、電子放出部に対するゲート電極の高さが低くなるために、前記アノード電極に印加された高電圧による電界（以下、便宜上‘アノード電界’という）が電子放出部に直接的な影響を与えることがある。
【００１２】
したがって、上述した場合には電子放出素子駆動時にオフされるべき画素の電子放出部からアノード電界の影響で電子が放出されて意図しなかった蛍光層を発光させる誤動作を起こすことがある。その結果、薄膜工程による絶縁層を備えた電子放出素子ではアノード電極に高電圧を印加することができないため画面の輝度を高めるのに技術的な限界がある。
【００１３】
前記厚膜工程による絶縁層を備えた場合には前記アノード電界による誤動作は予防することができるが、この絶縁層はほとんど誘電率が高いために絶縁層がカソード電極とゲート電極との間で寄生キャパシターとして作用する。したがって、厚膜工程による絶縁層を備えた電子放出素子では駆動時に寄生キャパシターとして作用する絶縁層によって駆動信号が容易に歪曲され画素別に正確な駆動が難しくなるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、厚膜工程による絶縁層を備えて駆動電極間の電気的絶縁を確保しながら、絶縁層の寄生キャパシター作用による信号歪曲を抑制して電気的動作特性を向上させることができる電子放出素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、所定の間隔をおいて対向配置される第１基板及び第２基板と、第１基板上に形成される電子放出部と、第１基板上に相互絶縁されて位置し、電子放出部の電子放出を制御する第１電極及び第２電極と、第１電極と第２電極との間に位置する絶縁層と、第２基板上に形成されるアノード電極と、アノード電極の一面に形成される蛍光層を含み、絶縁層が電気的物性の異なる少なくとも二つの層の積層構造からなる電子放出素子を提供する。
【００１６】
前記絶縁層は比抵抗が異なる少なくとも二つの層を含む。つまり、絶縁層は第１層と、第１層より低い比抵抗を有し、第１層の上面と下面のうちの少なくとも一面に形成される第２層を含む。
【００１７】
前記絶縁層は２［μm］以上の厚さを有し、第２層は１０５から１０１２［Ωcm］の比抵抗を有する。第２層の厚さは絶縁層全厚さの１/２以下であることが好ましい。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、互いに対向配置される第１基板及び第２基板と、第１基板上で互いに異なる層に位置する第１電極、第２電極、及び第３電極と、第１電極に電気的に連結される電子放出部と、第１電極と第２電極との間に配置される下部絶縁層と、第１電極と第２電極のうちのいずれか一つの電極と第３電極との間に配置される上部絶縁層と、第２基板上に形成される蛍光層と、蛍光層の一面に形成される少なくとも一つのアノード電極を含み、下部絶縁層と上部絶縁層が各々電気的物性の異なる少なくとも二つの層の積層構造からなる電子放出素子を提供する。
【００１９】
下部絶縁層と上部絶縁層は比抵抗が異なる少なくとも二つの層を含む。つまり、下部絶縁層と上部絶縁層は各々第１層と、第１層より低い比抵抗を有し、第１層の上面と下面のうちの少なくとも一面に形成される第２層を含む。好ましくは、上部絶縁層の第２層は上部絶縁層の第１層の上面に形成される。
【００２０】
前記下部絶縁層と上部絶縁層は各々２［μm］以上の厚さを有し、下部絶縁層の第２層と上部絶縁層の第２層は１０５から１０１２［Ωcm］の比抵抗を有する。また、下部絶縁層の第２層と上部絶縁層の第２層はその厚さが当該絶縁層全厚さの１/２以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による電子放出素子は、第１電極と第２電極、または第２電極と第３電極が交差する部位で絶縁層のキャパシタンスを下げて駆動信号の歪曲を抑制する。したがって、本発明による電子放出素子は画素別駆動が正確に行われて表示特性が優秀になる効果がある。
【００２２】
また、絶縁層の第２層が第１層上部に位置する場合、絶縁層の電子蓄積と、これによる誤放電などの問題を解消することができる。また、集束電極が備えられて上部絶縁層の第２層が第１層上部に位置する場合、電気的に集束電極が厚くなる効果があって、電子放出部に対するアノード電界遮断に効率的であるので高効率素子製作が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態をより詳細に説明する。
【００２４】
図１は本発明の第１実施形態による電子放出素子の部分分解斜視図であり、図２は図１の組立状態を示す部分断面図である。
【００２５】
図面に示すように、電子放出素子は所定の間隔をおいて互いに平行に対向配置される第１基板２と第２基板４を含む。この基板のうちの第１基板２には電子放出のための構成が提供され、第２基板４には電子によって可視光を放出し任意の発光または表示を行う構成が提供される。
【００２６】
まず、第１基板２上には第１電極であるカソード電極６が所定のパターン、たとえば帯状を有しながら互いに任意の間隔をおいて第１基板２の一方向（図面のy軸方向）に沿って複数に形成される。そして、絶縁層８がカソード電極６を覆いながら第１基板２全体に形成される。
【００２７】
前記絶縁層８上には第２電極であるゲート電極１０が所定のパターン、たとえば帯状を有しながら互いに任意の間隔をおいてカソード電極６と直交する方向（図面のx軸方向）に沿って複数に形成される。
【００２８】
本実施形態でカソード電極６とゲート電極１０が交差する領域を画素領域に定義すれば、画素領域ごとにゲート電極６と絶縁層８に一つ以上の開口部１２が形成されてカソード電極６の一部表面を露出させる。そして、開口部１２内側のカソード電極６上に電子放出部１４が形成される。電子放出部１４はカソード電極６との接触でこれと電気的に連結される。
【００２９】
前記電子放出部１４は電界が加えられれば電子を放出する物質、たとえばカーボン系物質またはナノメートルサイズ物質からなる。電子放出部１４として使用可能な好ましい物質はカーボンナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイアモンド、ダイアモンド状カーボン、C６０、シリコンナノワイヤーのうちのいずれか一つまたはこれらの組み合わせ物質があり、その製造法としてはスクリーン印刷、直接成長、化学気相蒸着またはスパッタリングなどを適用することができる。
【００３０】
図１では電子放出部１４が円形に形成され、各画素領域でカソード電極６の長さ方向に沿って一列に配列される構成を示した。しかし、電子放出部１４の平面形状と画素領域当り個数及び配列形態などは示した例に限定されず、多様に変形することができる。
【００３１】
上述した構成で絶縁層８はカソード電極６とゲート電極１０との間に配置されて二つの電極を電気的に絶縁させる。本実施形態で絶縁層８は電気的物性が異なる第１層８aと第２層８bの積層構造からなり、より詳しくは比抵抗の異なる第１層８aと第２層８bの積層構造からなる。
【００３２】
上述した比抵抗の差は、ある一つの層が実質的な絶縁層として機能する時、他の一つの層が前記層より低い比抵抗特性を有し抵抗層として機能するためである。
【００３３】
より具体的に、絶縁層８はガラスフリットのような通常の絶縁物質で形成される第１層８aと、第１層８a上に形成され、好ましくは１０５から１０１２［Ωcm］の比抵抗を有する第２層８bからなる。第１層８aは実質的に絶縁層として機能し、第２層８bは自体の比抵抗特性によって電子放出素子の作用時にカソード電極６とゲート電極１０が交差する部位で絶縁層８のキャパシタンスを下げる役割を果たす。
【００３４】
第２層８bの比抵抗はゲート電極１０を構成する導電物質の比抵抗と比較する時、極めて高い値であって、第２層８bと接触して位置するゲート電極１０間の電気絶縁は従来の絶縁層と同一に確保する。参考として、ゲート電極１０の主材料であるアルミニウム（Al）は２.６５×１０-６［Ωcm］の比抵抗を有し、モリブデン（Mo）は５.７×１０-６［Ωcm］の比抵抗を有する。
【００３５】
前記絶縁層８はスクリーン印刷、ドクターブレード、及びラミネートのような、いわゆる厚膜工程で形成され、１［μm］以上、好ましくは［２μm］以上の厚さを有する。この時、抵抗層として機能する第２層８bは絶縁層８の絶縁特性をき損しないように、その厚さが全絶縁層８厚さの１/２以下であることが好ましい。
【００３６】
上述した絶縁層８の厚さによってゲート電極１０は電子放出部１４に対して十分な高さを確保し、電子放出素子の駆動時にゲート電極１０が電子放出部１４に与えるアノード電界の影響を一定部分遮断する。
【００３７】
前記絶縁層８における第２層８bは図１及び図２に示すように第１層８a上部に形成されたり、本発明の第２実施形態として図３に示すように第１層８a下部に位置する。また、図示は省略したが、第２層は第１層の上部と下部全てに提供することができる。
【００３８】
第２層８bが第１層８a上部に位置する構造では電子放出素子の作用時に第２層８bが絶縁層８の表面に電子が蓄積されることを抑制し、その結果、電子蓄積による誤放電を予防することができる。
【００３９】
次に、第１基板２に対向する第２基板４の一面には蛍光層１６と黒色層１８が形成され、蛍光層１６と黒色層１８上にはアルミニウムのような金属膜からなるアノード電極２０が形成される。アノード電極２０は外部から電子ビームの加速に必要な高電圧の印加を受け、蛍光層１６から放射された可視光のうち第１基板２に向かって放射された可視光を第２基板４側に反射させて画面の輝度を高める役割を果たす。
【００４０】
一方、アノード電極は金属膜でないITO（インジウムスズ酸化物）のような透明な導電膜からなることができる。この場合、アノード電極は第２基板に向かった蛍光層と黒色層の一面に位置し、所定のパターンに区分されて複数個形成することができる。
【００４１】
前記第１基板２と第２基板４は、ゲート電極１０とアノード電極２０が互いに対向した状態で任意の間隔をおいてその周囲に位置する密封材（図示せず）によって一体に接合され、内部空間を排気させて真空状態に維持することによって電子放出素子を構成する。この時、第１基板２と第２基板４との間の非発光領域には複数のスペーサ２２が配置されて両基板の間隔を一定に維持する。
【００４２】
上述した構成の電子放出素子は、外部からカソード電極６とゲート電極１０及びアノード電極２０に所定の電圧を供給して駆動するが、例えばアノード電極２０には数百から数千ボルトの直流電圧が印加され、ゲート電極１０には（+）電圧のスキャン信号が印加され、カソード電極６にはスキャン信号より低い（+）電圧のデータ信号が印加されてカソード電極６とゲート電極１０の電圧差を利用し画素別にオン／オフを制御する。
【００４３】
したがって、カソード電極６とゲート電極１０間の電圧差がしきい値以上である画素に対して電子放出部１４周囲に電界が形成されて、これから電子が放出され、放出された電子はアノード電極２０に印加された高電圧に誘導されて対応する画素の蛍光層１６に衝突することによってこれを発光させる。
【００４４】
前記駆動過程における本実施形態の電子放出素子は絶縁層８が１０５から１０１２［Ωcm］の比抵抗を有する第２層８bを備えることによって、絶縁層８の中でカソード電極６とゲート電極１０が交差する部位に不回避に形成されるキャパシタンスを下げて駆動信号の歪曲を抑制する。その結果、本実施形態における電子放出素子は画素別駆動が正確に行われて表示特性が優秀になる効果を実現する。
【００４５】
図４は本発明の第３実施形態による電子放出素子の部分分解斜視図であり、図５は図４の組立状態を示す部分断面図である。
【００４６】
図面に示すように、本発明の第３実施形態では第１基板２から第２電極であるゲート電極１０’と、上述した第１層８aと第２層８bの積層構造からなる絶縁層８と、第１電極であるカソード電極６’が順次に形成される。
【００４７】
ゲート電極１０’とカソード電極６’は互いに直交する方向に沿って帯状パターンに形成され、電子放出部１４’は各画素位置に合せてカソード電極６’の一方の側の周縁に位置しながら、カソード電極６’に少なくとも一つの側面が囲まれるように形成することができる。
【００４８】
そして、第１基板２上にはゲート電極１０’の電界を絶縁層８上に押し上げる対向電極２４が位置する。対向電極２４はカソード電極６’の間で電子放出部１４’と任意の距離をおいて位置し、絶縁層８に形成されたビアホール２６を通じてゲート電極１０’と接触して、これと電気的に連結される。対向電極２４は電子放出部１４’と同様に第１基板２上に設定された画素領域に対応して各々備えられる。
【００４９】
上述した構造では、例えばカソード電極６’に（-）電圧のスキャン信号が印加され、ゲート電極１０’に（+）電圧のデータ信号が印加されてカソード電極６’とゲート電極１０’の電圧差を利用し画素別にオン／オフを制御する。もちろん、カソード電極６’に（+）電圧のスキャン信号が印加され、ゲート電極１０’にスキャン信号より低い（+）電圧のデータ信号が印加される構成も可能である。
【００５０】
したがって、カソード電極６’とゲート電極１０’との間の電圧差がしきい値以上である画素に対してゲート電極１０’が位置する電子放出部１４’の下部と対向電極２４が位置する電子放出部１４’の側部から電子放出部１４’の周囲に電界が形成されて電子放出部１４’から電子が放出され、放出された電子はアノード電極２０に印加された高電圧に引かれて対応する画素の蛍光層１６に衝突することによって、これを発光させる。
【００５１】
前記駆動過程で抵抗層として機能する第２層８bが絶縁層８のキャパシタンスを下げて駆動信号の歪曲を抑制する。このような第２層８bは図４と図５に示すように第１層８a上部に形成されたり、本発明の第４実施形態として図６に示すように第１層８a下部に位置する。また、図示は省略したが、第２層は第１層の上部と下部全てに提供することができる。
【００５２】
図７は本発明の第５実施形態による電子放出素子の部分分解斜視図であり、図８は図７の組立状態を示す部分断面図である。
【００５３】
図面に示すように、本発明の第５実施形態では上述した第１実施形態の構成を基本としながら、ゲート電極１０上部に第３電極である集束電極２８がさらに形成される。ゲート電極１０と集束電極２８との間にも、この二つの電極の電気的絶縁のための絶縁層３０が提供されるが、以下ではカソード電極６とゲート電極１０との間に位置する絶縁層８を下部絶縁層と言い、ゲート電極１０と集束電極２８との間に位置する絶縁層３０を上部絶縁層と言う。
【００５４】
前記集束電極２８と上部絶縁層３０にも第１基板２上に電子放出部１４が露出されるようにする開口部３２が形成される。例えば、この開口部３２は画素領域当り一つが備えて集束電極２８が一つの画素から放出される電子を包括的に集束させる。集束電極２８は第１基板２全体に形成されたり、所定のパターンに分かれて複数に形成され、後者の場合、図示は省略した。
【００５５】
本実施形態で上部絶縁層３０もまた比抵抗の異なる第１層３０aと第２層３０bの積層構造からなる。第１層３０aはガラスフリットのような通常の絶縁物質からなり、第２層３０bは好ましくは１０５から１０１２［Ωcm］の比抵抗を有する。その結果、第１層３０aが実質的にゲート電極１０と集束電極２８との間の絶縁層として機能し、第２層３０bが上部絶縁層３０のキャパシタンスを下げて信号歪曲を抑制する。
【００５６】
上部絶縁層３０もまたスクリーン印刷、ドクターブレード、及びラミネートのような、いわゆる厚膜工程で形成され、１［μm］以上、好ましく２［μm］以上の厚さを有する。この時、上部絶縁層３０は電子放出部１４に対して集束電極２８が十分な高さを確保できるように、その厚さD１（図８参考）が下部絶縁層８の厚さD２（図８参考）より厚いことが好ましい。
【００５７】
上述した場合においても上部絶縁層３０の第２層３０bはその厚さが上部絶縁層３０全体厚さの１/２以下であることが好ましい。
【００５８】
また、上部絶縁層３０の第２層３０bは第１層３０a上部に位置することが好ましい。この場合には、第１層３０a対第２層３０bの低い比抵抗特性によって電気的に集束電極２８が厚くなる効果がある。したがって、集束電極２８の集束機能が高まるだけでなく、電子放出部１４に対するアノード電界遮断に効率的であるので、高効率素子の製作が可能になる。このために上部絶縁層３０の第２層３０bの厚さは、例えば下部絶縁層８の第２層８bより厚い。
【００５９】
一方、下部絶縁層８の第２層８bは図７及び図８に示すように下部絶縁層８の第１層８a上部に位置したり、本発明の第６実施形態である図９に示すように下部絶縁層８の第１層８a下部に位置する。また、図示は省略したが、下部絶縁層の第２層は下部絶縁層の第１層の上部と下部全てに提供することができる。
【００６０】
前記集束電極２８にはマイナス数ボルトからマイナス数十ボルトの直流電圧が印加されて電子放出素子の作用時に電子放出部１４から放出される電子を集束させてビームが拡散することを最少化する。
【００６１】
図１０は本発明の第７実施形態による電子放出素子の部分分解斜視図であり、図１１は図１０の組立状態を示す部分断面図である。
【００６２】
図面に示すように、本発明の第７実施形態では上述した第３実施形態の構成を基本としながらカソード電極６’の上部に第３電極である集束電極２８がさらに形成され、カソード電極６’と集束電極２８との間に上部絶縁層３０が配置されて二つの電極を電気的に絶縁させる。
【００６３】
上部絶縁層３０と集束電極２８もまた第１基板２上に電子放出部１４’が露出されるようにする各々の開口部３２を有し、この開口部３２は各々の電子放出部１４’に対応して画素領域当り一つが備えられる。集束電極２８は第１基板２全体に形成されたり所定のパターンに分けられて複数に形成され、後者の場合、図示は省略した。
【００６４】
前記上部絶縁層３０は比抵抗が異なる第１層３０aと第２層３０bの積層構造からなる。第１層３０aはガラスフリットのような通常の絶縁物質で構成され、第２層３０bは好ましくは１０５から１０１２［Ωcm］の比抵抗を有する。その結果、第１層３０aが実質的にカソード電極６’と集束電極２８との間の絶縁層として機能し、第２層３０bが上部絶縁層３０のキャパシタンスを下げて信号歪曲を抑制する。
【００６５】
前記ゲート電極１０’とカソード電極６’との間に位置する絶縁層８を下部絶縁層とすれば、下部絶縁層８と上部絶縁層３０は全て１［μm］以上、好ましくは２［μm］以上の厚さを有する。そして電子放出部１４’に対して集束電極２８が十分な高さを確保できるように上部絶縁層３０の厚さは下部絶縁層８より厚いことが好ましい。
【００６６】
上部絶縁層３０の第２層３０bは電気的に集束電極２８が厚くなる効果を得るために上部絶縁層３０の第１層３０a上部に位置し、上部絶縁層３０と下部絶縁層８全てにおいて第２層３０b、８bの厚さは当該上部絶縁層３０の全厚さ及び当該下部絶縁層８の全厚さの１/２以下になる。
【００６７】
下部絶縁層８の第２層８bは図１０と図１１に示すように下部絶縁層８の第１層８a上部に位置したり、本発明の第８実施形態である図１２に示すように下部絶縁層８の第１層８a下部に位置する。また、図示は省略したが、下部絶縁層の第２層は下部絶縁層の第１層の上部と下部全てに提供することができる。
【００６８】
一方、前記では真空中で電界が加えられれば電子を放出する物質で電子放出部を構成したFEA型電子放出素子について説明したが、本発明はFEA型に限定されず、駆動電極が絶縁層を間に置いて互いに異なる層に位置する他の電子放出素子にも容易に適用される。
【００６９】
また、前記では本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、当業者であれば、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することができ、それらについても当然に本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施形態による電子放出素子の部分分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による電子放出素子の部分断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態による電子放出素子の部分断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態による電子放出素子の部分分解斜視図である。
【図５】本発明の第３実施形態による電子放出素子の部分断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態による電子放出素子の部分断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態による電子放出素子の部分分解斜視図である。
【図８】本発明の第５実施形態による電子放出素子の部分断面図である。
【図９】本発明の第６実施形態による電子放出素子の部分断面図である。
【図１０】本発明の第７実施形態による電子放出素子の部分分解斜視図である。
【図１１】本発明の第７実施形態による電子放出素子の部分断面図である。
【図１２】本発明の第８実施形態による電子放出素子の部分断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
２    第１基板
４    第２基板
６、６’    カソード電極
８    第１基板
８a、３０a    第１層
８b、３０b    第２層
１０、１０’    ゲート電極
１２    開口部
１４、１４’    電子放出部
１６    蛍光層
１８    黒色層
２０    アノード電極
２２    スペーサ
２４    対向電極
２８    集束電極
３０    絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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